信息处理课群综合应用设计课程设计数字水印算法设计.docx
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信息处理课群综合应用设计课程设计数字水印算法设计
课程设计任务书
学生姓名:
专业班级:
通信1303班
指导教师:
工作单位:
信息工程学院
题目:
数字水印算法设计
初始条件:
设计任务:
学习掌握一种数字水印算法,选择两幅图像分别作为版权图像和水印图像,采用水印嵌入算法成生含水印图像。
采用水印提取算法,提取出嵌入水印。
并对水印算法的鲁棒性进行测试。
(1)掌握一种数字水印的嵌入与提取算法原理;
(2)编写出水印嵌入算法的matlab程序,并给出水印嵌入前后的版权图像,并对嵌入效果进行分析说明;
(3)编写出水印提取算法matlab程序,并给出水印原图和提取出的水印图像,并对水印的提取效果进行分析说明;
(4)进行水印的抗攻击实验,噪声攻击,剪切攻击,缩放攻击,压缩攻击等。
测定提取前后水印的峰值信噪比(PSNR)和相关性(NC);
时间安排:
序号
阶段内容
所需时间
1
搜集学习资料
2天
2
编写程序并仿真调试
5天
3
撰写报告
2天
4
答辩
1天
合计
10天
指导教师签名:
年月日
系主任(或责任教师)签名:
年月日
摘要
随着计算机通信技术和互联网的迅速发展,数字多媒体的传播业越来越方便快捷。
但是数字形式的多媒体产品由于可以方便地完全复制并在网络环境下广泛散发,大范围的授权拷贝行为受到了音像、出版、影视和软件等行业的高度关注。
为了防止这种情况的发生,人们提出了数字水印的概念。
数字水印是目前学术界研究的一个前沿热门方向,可为版权保护等问题提供一个潜在的有效地解决方案。
在本论文中,首先介绍了信息隐藏技术、数字水印技术,并着重介绍了数字水印技术的基本原理、特征、典型算法、评测方法等数字水印技术。
然后设计了一种基于DCT的图像数字水印新算法,该算法根据二值水印图像像点取值情况,相应地改变中频段两个位置处DCT系数的大小关系,从而实现水印信息的嵌入。
最后在MATLAB中通过编程进行实验仿真,并对其进行性能测试,实现了数字水印的嵌入、提取实验并用攻击实验证明该算法具有较好的不可见性和较好的鲁棒性。
关键词:
数字水印;鲁棒性;DCT算法
Abstract
WiththerapiddevelopmentofcomputertechnologyandtheInternetcommunications,digitalmultimediabroadcastingindustryincreasinglyconvenient.However,sincethemultimediaproductsindigitalformcanbeeasilyandfullyreplicatedwidelydisseminatedinthenetworkenvironment,awiderangeofbehavioristheunauthorizedcopyingofaudiovisual,publishing,filmandtelevisionattention,andsoftwareindustries.Topreventthisfromhappening,peopleputforwardtheconceptofdigitalwatermarking.Digitalwatermarkingisapopulardirectionforefrontofacademicresearch,providesapotentialforcopyrightprotectionandotherissueseffectivesolutions.
Inthispaper,firstintroducedthetechnologyofinformationhiding,digitalwatermarkingtechnology,andfocusesonthebasicprincipleofdigitalwatermarkingtechnology,features,typicalalgorithms,evaluatingmethodsofdigitalwatermarkingtechnology.ThendesignanewdigitalwatermarkingalgorithmbasedonDCT,thealgorithmbasedonbinarywatermarkimagedotvalue,thecorrespondingchangeintherelationshipbetweenthesizeofthetwobandsatthepositionoftheDCTcoefficients,enablingembeddedwatermarkinformation.Finally,programminginMATLABsimulationexperiment,anditsperformancetest,realizationofthedigitalwatermarkembeddingandextractionexperimentwiththechallengeexperimentsshowthatthealgorithmhasgoodinvisibilityandrobust.
Keywords:
digitalwatermarking;robustness;MATLAB;DCTalgorithm
1MATLAB概述
1.1MATLAB的优点
MATLAB不同于其他高级程序语言,利用MATLAB来研究数字水印技术,有如下几个优点:
(1)编程效率高。
MATLAB语言是用数学形式的语言编写程序,用MATLAB编写程序犹如在演算纸上排列公式与求解问题。
由于它编写简单,所以编程效率高,易学易懂。
(2)用户使用方便。
与其他语言相比,MATLAB能在同一画面上进行灵活操作,快速排除输入程序中的书写错误、语法错误甚至语意错误,从而加快了用户编写、修改和调试程序的速度,便于操作。
(3)扩充能力强,交互性好。
MATLAB语言库函数丰富,用户还可以根据自己的需要方便地建立和扩充新的库函数,提高MATLAB使用效率和扩充功能。
良好的交互性使程序员可以使用以前编写过的程序,减少重复性工作。
(4)移植性好,开放性好。
MATLAB是用C语言编写的,而C语言的可移植性很好。
于是MATLAB可以很方便地移植到能运行C语言的操作平台上。
(5)语言简单,内涵丰富。
MATLAB语言中最基本最重要的成分是函数,同一函数名,不同数目的输入变量及不同数目的输出变量,代表着不同的含义。
这不仅使MATLAB的库函数功能更丰富,而且大大减少了需要的磁盘空间,使得MATLAB编写的M文件简单、短小而高效。
(6)方便的绘图功能。
MATLAB软件中有一系列绘图函数,在运用MATLAB软件时只需要调用不同的绘图函数,即可在图上标出图题、XY轴标注。
2数字水印概述
2.1数字水印技术的应用领域
随着数字水印技术的发展,数字水印的应用领域也得到了扩展,数字水印的基本应用领域是防伪溯源、版权保护、隐藏标识、认证和安全隐蔽通信。
当数字水印应用于防伪溯源时,包装、票据、证卡、文件印刷打印都是潜在的应用领域。
用于版权保护时,潜在的应用市场在于电子商务、在线或离线地分发多媒体内容以及大规模的广播服务。
数字水印用于隐藏标识时,可在医学、制图、数字成像、数字图像监控、多媒体索引和基于内容的检索等领域得到应用。
数字水印的认证方面主要ID卡、信用卡、ATM卡等上面数字水印的安全不可见通信将在国防和情报部门得到广泛的应用。
多媒体技术的飞速发展和Internet的普及带来了一系列政治、经济、军事和文化问题,产生了许多新的研究热点,以下几个引起普遍关注的问题构成了数字水印的研究背景。
数字作品的知识产权保护
----数字作品(如电脑美术、扫描图像、数字音乐、视频、三维动画)的版权保护是当前的热点问题。
由于数字作品的拷贝、修改非常容易,而且可以做到与原作完全相同,所以原创者不得不采用一些严重损害作品质量的办法来加上版权标志,而这种明显可见的标志很容易被篡改。
----“数字水印”利用数据隐藏原理使版权标志不可见或不可听,既不损害原作品,又达到了版权保护的目的。
目前,用于版权保护的数字水印技术已经进入了初步实用化阶段,IBM公司在其“数字图书馆”软件中就提供了数字水印功能,Adobe公司也在其著名的Photoshop软件中集成了Digimarc公司的数字水印插件。
然而实事求是地说,目前市场上的数字水印产品在技术上还不成熟,很容易被破坏或破解,距离真正的实用还有很长的路要走。
商务交易中的票据防伪
----随着高质量图像输入输出设备的发展,特别是精度超过1200dpi的彩色喷墨、激光打印机和高精度彩色复印机的出现,使得货币、支票以及其他票据的伪造变得更加容易。
----另一方面,在从传统商务向电子商务转化的过程中,会出现大量过度性的电子文件,如各种纸质票据的扫描图像等。
即使在网络安全技术成熟以后,各种电子票据也还需要一些非密码的认证方式。
数字水印技术可以为各种票据提供不可见的认证标志,从而大大增加了伪造的难度。
证件真伪鉴别
----信息隐藏技术可以应用的范围很广,作为证件来讲,每个人需要不只一个证件,证明个人身份的有:
身份证、护照、驾驶证、出入证等;证明某种能力的有:
各种学历证书、资格证书等。
国内目前在证件防伪领域面临巨大的商机,由于缺少有效的措施,使得“造假”、“买假”、“用假”成风,已经严重地干扰了正常的经济秩序,对国家的形像也有不良影响。
通过水印技术可以确认该证件的真伪,使得该证件无法仿制和复制。
声像数据的隐藏标识和篡改提示
----数据的标识信息往往比数据本身更具有保密价值,如遥感图像的拍摄日期、经/纬度等。
没有标识信息的数据有时甚至无法使用,但直接将这些重要信息标记在原始文件上又很危险。
数字水印技术提供了一种隐藏标识的方法,标识信息在原始文件上是看不到的,只有通过特殊的阅读程序才可以读取。
这种方法已经被国外一些公开的遥感图像数据库所采用。
----此外,数据的篡改提示也是一项很重要的工作。
现有的信号拼接和镶嵌技术可以做到“移花接木”而不为人知,因此,如何防范对图像、录音、录像数据的篡改攻击是重要的研究课题。
基于数字水印的篡改提示是解决这一问题的理想技术途径,通过隐藏水印的状态可以判断声像信号是否被篡改。
隐蔽通信及其对抗
----数字水印所依赖的信息隐藏技术不仅提供了非密码的安全途径,更引发了信息战尤其是网络情报战的革命,产生了一系列新颖的作战方式,引起了许多国家的重视。
----网络情报战是信息战的重要组成部分,其核心内容是利用公用网络进行保密数据传送。
迄今为止,学术界在这方面的研究思路一直未能突破“文件加密”的思维模式,然而,经过加密的文件往往是混乱无序的,容易引起攻击者的注意。
网络多媒体技术的广泛应用使得利用公用网络进行保密通信有了新的思路,利用数字化声像信号相对于人的视觉、听觉冗余,可以进行各种时(空)域和变换域的信息隐藏,从而实现隐蔽通信。
2.2数字水印的基本特点
数字水印技术是指用信号处理的方法在声音,图像或视频等数字化的多媒体数据中嵌入某些能证明版权归属或跟踪侵权行为的隐蔽的信息,这些信息通常是不可见的,不能被人
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- 信息处理 综合 应用 设计 课程设计 数字 水印 算法